电压型逆变器的工作原理
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为了可靠关断晶闸管，不导致逆变失败，晶闸管需要一段时间才能恢 复阻断能力，换流结束以后，还要让VT1，VT4承受一段时间的反向
电压。这个时间称为tβ=t5-t4，tβ应该大于晶闸管的关断时间tq。 为了保证可靠换流。应该在电压uo过零前tδ=t5-t2触发VT2，VT3。
tδ称为触发引前时间， tδ=tβ+tγ，电流i0超前电压U0的时间为： tφ=tβ+0.5 tγ。
3.3．逆变的基本概念和换流方式
（1）逆变的基本概念 将直流电变换成交流电的电路称为逆变电路，根据交流电
的用途可以分为有源逆变和无源逆变。有源逆变是把交流 电回馈电网，无源逆变是把交流电供给不同频率需要的负 载。无源逆变就是通常说到的变频。 （2）逆变电路的换流方式 换流实质就是电流在由半导体器件组成的电路中不同桥臂 之间的转移。常用的电力变流器的换流方式有以下几种：
3.4．单相逆变电路
二．单相电流型逆变电路 （1）电路结构 电路原理图如图3所示：
图3 单相电流型逆变电路原理图
3.4．单相逆变电路
桥臂串入4个电感器，用来限制晶闸管开通时的电流上升率di/dt。
VT1～VT4以1000～5000Hz的中频轮流导通，可以在负载得到中 频电流。
采用负载换流方式，要求负载电流要超前电压一定的角度。负载一般 是电磁感应线圈，用来加热线圈的导电材料。等效为R、C串联电路。
3.3．逆变的基本概念和换流方式
1）负载谐振换流 由负载谐振电路产生一个电压，在换流时关断已经导通的
晶闸管，一般有串联和并联谐振逆变电路，或两者共同组 成的串、并联谐振逆变电路。 2）强迫换流 附加换流电路，在换流时产生一个反向电压关断晶闸管。 3）器件换流 利用全控型器件的自关断能力进行换流。
电压的波形不相同，电流滞后电压一定的角度。
3.4．单相逆变电路
电路根据直流电源的性质不同，可以分为电流型、电压型逆变电路。 （1）电压型逆变电路（电路图如图1所示）：电压型逆变电路的基
本特点： 1)直流侧并联大电容，直流电压基本无脉动。 2)输出电压为矩形波，电流波形与负载有关。 3)电感性负载时，需要提供无功。为了有无功通道，逆变桥臂需要并
3.3．逆变的基本概念和换流方式
电路图和对应的波形图如图1；说明几点：
图1 逆变电路原理示意图及波形图
3.3．逆变的基本概念和换流方式
1）S1、S4闭合，S2、S3断开，输出uo为正，反之，S1、S4断开， S2、S3闭合，输出uo为负，这样就把直流电变换成交流电。
2）改变两组开关的切换频率，可以改变输出交流电的频率。 3）电阻性负载时，电流和电压的波形相同。电感性负载时，电流和
的电流有一个增大的过程。 4个晶闸管全部导通。负载电容电压经过两个并联的放电回路放电。
LT1～VT1～VT3～LT3～C，另一条：LT2～VT2～VT4～LT4～C。
3.4．单相逆变电路
t=t4时刻，VT1，VT4的电流减小到零而关断，换流过程结束。 t4～t2称为换流时间。t3时刻位于t2～t4的中间位置。
基波频率接近负载谐振的频率，负载对基波呈高阻抗。对谐波呈低阻 抗，谐波在负载的压降很小。因此，负载的电压波形接近于正弦波。 一个周期中，有两个导通阶段和两个换流阶段。
t1～t2阶段，VT1，VT4稳定导通阶段，io=Id；t2时刻以前在电容
C建立左正右负的电压。
t2～t4：t2时刻触发VT2，VT3，进入换流阶段。 LT使VT1，VT4不能立即关断，电流有一个减小的过程。VT2，VT3
并联电容C，主要为了提高功率因数。同时，电容C和R、L可以构成
并联谐振电路，因此，这种电路也叫并联谐振式逆变电路。
3.4．单相逆变电路
（2）工作原理 输出的电流波形接近矩形波，含有基波和高次谐波，且谐波的幅值小
于基波的幅值。波形如图4所示 。
图4 单相电流型逆变电路波形图
3.4．单相逆变电路
如图6（b）所示，每桥臂导电180°，同一相上下两臂交 替导电，各相开始导电的角度差120°。任一瞬间有三个 桥臂同时导通。每次换流都是在同一相上下两臂之间进行， 也称为纵向换流。逆变后的三相线电压波形如图3-19(C) 所示。
Uo
2
Ud 2 cos
1.11 Ud
cos
3.5．三相电压型逆变电路
(a) 两电平电压型逆变器主电路 (b) 开关器件导通逻辑 (c) 逆变后的电压波形 图6三相电压型逆变器的工作原理
3.5．三相电压型逆变电路
控制V1、 V2、 V3 、V4 、V5、 V6的逻辑导通顺序，使 它们以某个频率导通，则会输出一个三相交流电源，使电 机工作。为了对V1～V6进行保护，给每个逆变器件分别 并联了一个续流二极管，当电动机进入制动运行状态后， 产生的电流可以经过续流二极管将电能消耗在能耗电阻RB 上。每个逆变器件两端还并联了R-C-VD缓冲保护回路，可 以对器件开通与关断过种中产生的过电压进行缓冲与吸收。
图2 电流型逆变电路原理图
3.4．单相逆变电路
1）直流侧串联大电感，直流电源电流基本无脉动。 2）交流侧电容用于吸收换流时负载电感的能量。这种电路的换流方
式一般有强迫换流和负载换流。 3）输出电流为矩形波，电压波形与负载有关。 4）直流侧电感起到缓冲无功能量的作用，晶闸管两端不需要并联二
极管。
联二极管。
3.4．单相逆变电路 一、电压型逆变电路
图2 电压型逆变电路原理图
电压型逆变电路的基本特点： 1)直流侧并联大电容，直流电压基本无脉动。 2)输出电压为矩形波，电流波形与负载有关。 3)电感性负载时，需要提供无功。为了有无功通道，逆变桥臂需要 并联二极管。
3.4．单相逆变电路
二、电流型逆变电路（电路图如图2所示） 电流型逆变电路的基本特点：
3.4．单相逆变电路
（3）基本数量分析 如果不计换流时间，输出电流的傅立叶展开式为：
io
4Id
sin t
1 sin 3t 3
1 sin 5t 5
其中基波电流的有效值为：
io
4Id
sinLeabharlann Baidut
1 sin 3t
3
1 sin 5t
5
I o1
4Id
2
0.9I d
3.4．单相逆变电路
负载电压的有效值与直流输出电压的关系为：
电压。这个时间称为tβ=t5-t4，tβ应该大于晶闸管的关断时间tq。 为了保证可靠换流。应该在电压uo过零前tδ=t5-t2触发VT2，VT3。
tδ称为触发引前时间， tδ=tβ+tγ，电流i0超前电压U0的时间为： tφ=tβ+0.5 tγ。
3.3．逆变的基本概念和换流方式
（1）逆变的基本概念 将直流电变换成交流电的电路称为逆变电路，根据交流电
的用途可以分为有源逆变和无源逆变。有源逆变是把交流 电回馈电网，无源逆变是把交流电供给不同频率需要的负 载。无源逆变就是通常说到的变频。 （2）逆变电路的换流方式 换流实质就是电流在由半导体器件组成的电路中不同桥臂 之间的转移。常用的电力变流器的换流方式有以下几种：
3.4．单相逆变电路
二．单相电流型逆变电路 （1）电路结构 电路原理图如图3所示：
图3 单相电流型逆变电路原理图
3.4．单相逆变电路
桥臂串入4个电感器，用来限制晶闸管开通时的电流上升率di/dt。
VT1～VT4以1000～5000Hz的中频轮流导通，可以在负载得到中 频电流。
采用负载换流方式，要求负载电流要超前电压一定的角度。负载一般 是电磁感应线圈，用来加热线圈的导电材料。等效为R、C串联电路。
3.3．逆变的基本概念和换流方式
1）负载谐振换流 由负载谐振电路产生一个电压，在换流时关断已经导通的
晶闸管，一般有串联和并联谐振逆变电路，或两者共同组 成的串、并联谐振逆变电路。 2）强迫换流 附加换流电路，在换流时产生一个反向电压关断晶闸管。 3）器件换流 利用全控型器件的自关断能力进行换流。
电压的波形不相同，电流滞后电压一定的角度。
3.4．单相逆变电路
电路根据直流电源的性质不同，可以分为电流型、电压型逆变电路。 （1）电压型逆变电路（电路图如图1所示）：电压型逆变电路的基
本特点： 1)直流侧并联大电容，直流电压基本无脉动。 2)输出电压为矩形波，电流波形与负载有关。 3)电感性负载时，需要提供无功。为了有无功通道，逆变桥臂需要并
3.3．逆变的基本概念和换流方式
电路图和对应的波形图如图1；说明几点：
图1 逆变电路原理示意图及波形图
3.3．逆变的基本概念和换流方式
1）S1、S4闭合，S2、S3断开，输出uo为正，反之，S1、S4断开， S2、S3闭合，输出uo为负，这样就把直流电变换成交流电。
2）改变两组开关的切换频率，可以改变输出交流电的频率。 3）电阻性负载时，电流和电压的波形相同。电感性负载时，电流和
的电流有一个增大的过程。 4个晶闸管全部导通。负载电容电压经过两个并联的放电回路放电。
LT1～VT1～VT3～LT3～C，另一条：LT2～VT2～VT4～LT4～C。
3.4．单相逆变电路
t=t4时刻，VT1，VT4的电流减小到零而关断，换流过程结束。 t4～t2称为换流时间。t3时刻位于t2～t4的中间位置。
基波频率接近负载谐振的频率，负载对基波呈高阻抗。对谐波呈低阻 抗，谐波在负载的压降很小。因此，负载的电压波形接近于正弦波。 一个周期中，有两个导通阶段和两个换流阶段。
t1～t2阶段，VT1，VT4稳定导通阶段，io=Id；t2时刻以前在电容
C建立左正右负的电压。
t2～t4：t2时刻触发VT2，VT3，进入换流阶段。 LT使VT1，VT4不能立即关断，电流有一个减小的过程。VT2，VT3
并联电容C，主要为了提高功率因数。同时，电容C和R、L可以构成
并联谐振电路，因此，这种电路也叫并联谐振式逆变电路。
3.4．单相逆变电路
（2）工作原理 输出的电流波形接近矩形波，含有基波和高次谐波，且谐波的幅值小
于基波的幅值。波形如图4所示 。
图4 单相电流型逆变电路波形图
3.4．单相逆变电路
如图6（b）所示，每桥臂导电180°，同一相上下两臂交 替导电，各相开始导电的角度差120°。任一瞬间有三个 桥臂同时导通。每次换流都是在同一相上下两臂之间进行， 也称为纵向换流。逆变后的三相线电压波形如图3-19(C) 所示。
Uo
2
Ud 2 cos
1.11 Ud
cos
3.5．三相电压型逆变电路
(a) 两电平电压型逆变器主电路 (b) 开关器件导通逻辑 (c) 逆变后的电压波形 图6三相电压型逆变器的工作原理
3.5．三相电压型逆变电路
控制V1、 V2、 V3 、V4 、V5、 V6的逻辑导通顺序，使 它们以某个频率导通，则会输出一个三相交流电源，使电 机工作。为了对V1～V6进行保护，给每个逆变器件分别 并联了一个续流二极管，当电动机进入制动运行状态后， 产生的电流可以经过续流二极管将电能消耗在能耗电阻RB 上。每个逆变器件两端还并联了R-C-VD缓冲保护回路，可 以对器件开通与关断过种中产生的过电压进行缓冲与吸收。
图2 电流型逆变电路原理图
3.4．单相逆变电路
1）直流侧串联大电感，直流电源电流基本无脉动。 2）交流侧电容用于吸收换流时负载电感的能量。这种电路的换流方
式一般有强迫换流和负载换流。 3）输出电流为矩形波，电压波形与负载有关。 4）直流侧电感起到缓冲无功能量的作用，晶闸管两端不需要并联二
极管。
联二极管。
3.4．单相逆变电路 一、电压型逆变电路
图2 电压型逆变电路原理图
电压型逆变电路的基本特点： 1)直流侧并联大电容，直流电压基本无脉动。 2)输出电压为矩形波，电流波形与负载有关。 3)电感性负载时，需要提供无功。为了有无功通道，逆变桥臂需要 并联二极管。
3.4．单相逆变电路
二、电流型逆变电路（电路图如图2所示） 电流型逆变电路的基本特点：
3.4．单相逆变电路
（3）基本数量分析 如果不计换流时间，输出电流的傅立叶展开式为：
io
4Id
sin t
1 sin 3t 3
1 sin 5t 5
其中基波电流的有效值为：
io
4Id
sinLeabharlann Baidut
1 sin 3t
3
1 sin 5t
5
I o1
4Id
2
0.9I d
3.4．单相逆变电路
负载电压的有效值与直流输出电压的关系为：